JP2014220538A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体レーザ装置は、積層体と、誘電体層と、を有する。積層体は、量子井戸層を含む活性層を有し、リッジ導波路が設けられる。また、活性層は量子井戸層のサブバンド間光学遷移により12μm以上18μm以下の波長の赤外線レーザ光を放出可能な第1領域と、キャリアのエネルギーを緩和可能な第2領域と、が交互に積層されたカスケード構造を有し、赤外線レーザ光をリッジ導波路が延在する方向に出射可能である。誘電体層は、活性層を構成するいずれの層の屈折率よりも低い屈折率を有し、臭沃化タリウム、臭塩化タリウム、ZnSe、CdTe、NaCl、KCl、KBr、AgBr、AgCl、ダイアモンドのうちのいずれかを含む。活性層の幅は、第1の面と第2の面とにおいて同一であり、5μm以上かつ20μm以下である。
【選択図】図1
Description
図1(a)は本発明の第1の実施形態にかかる半導体レーザ装置を部分切断した模式斜視図、図1(b)はA−A線に沿った模式断面図、である。
半導体レーザ装置は、基板10と、基板10の上に設けられた積層体20と、誘電体層40と、を少なくとも有する。図1(a)では、第1電極50と、第2電極52と、絶縁膜42と、をさらに有している。
活性層24は、第1領域25と、第2領域26と、が交互に積層されたカスケード構造を有する。第1領域25は、量子井戸層72のサブバンド間光学遷移により、例えば12μm以上、18μm以下の波長の赤外線レーザ光60を放出可能である。また、第2領域26は、第1領域25から注入されたキャリア(例えば電子)70のエネルギーを緩和可能である。
縦軸は光の吸収率(相対値)、横軸は光の波数(cm−1)、である。InPの場合、波長16μm(波数:628cm−1)の近傍にフォノンの吸収ピークがある。そして、活性層24から放射される光の波長が16μmの場合、もし第1および第2クラッド層22、28、活性層24を含む積層体20の側面20a、20bを挟む層がInPであると、活性層24から放射される光の一部を吸収する。このため、12〜18μmの波長範囲の赤外線レーザ光を放射する半導体レーザ装置において、活性層24の側面を挟む誘電体層40は、16μm以上の波長に対するInPの透過率よりも高い透過率を有することが好ましい。
縦軸は透過率(%)、横軸は波数(cm−1)または波長(cm)、である。透過率は、分光光度計などを用いて測定可能である。
基板10はn形GaAsからなるものとする。図6(a)のように、基板10の主面10aに、例えばn形GaAsからなる第1クラッド層22、n形GaAsからなる第1ガイド層23、活性層24、n形GaAsからなる第2ガイド層25、n形GaAsからなる第2クラッド28を結晶成長する。なお、第1ガイド層23および第2ガイド層25は、省略することもできる。結晶成長法は、例えば、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法やMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いることができる。
図7(a)のように、積層体20のリッジ導波路RGを覆うように、レーザアブレーション、スパッタリング、蒸着などを用いて誘電体層40を形成する。さらに、その上に、SiN(Si3N4を含む)やSiO2などの絶縁膜(パッシベーション膜)42を形成する。誘電体層40の材料は、16μm以上の波長において、光の透過率が50%以上となるように、例えば、KBr、ZnSe、NaCl、KCl、KRS−5、KRS−6、ダイアモンド、などとすることができる。なお、NaClやKClは潮解性を有しているが、パッシベーション膜42を設けることにより、膜質を安定に保つことができる。
リッジ導波路RGは、積層体20の全体に設けられなくともよい。図8(a)では、第2クラッド層28の一部28aをリッジ導波路RGとしている。すなわち、第2クラッド層28の上方の一部28aをメサ形断面とする。誘電体層40は、メサ側面28bおよびメサ非形成領域の表面28cを覆うように設けられる。
縦軸は利得(1/cm)、横軸は導波路ロス(1/m)、である。
リッジ導波路RGの側面に設けられ、水平横方向モードを制御する誘電体40が赤外線レーザ光を吸収すると導波路ロス(1/m)を生じる。他方、活性層24に流れる電流が増加するのに伴い導波路利得が増加する。
第2の実施形態において、活性層24の幅WAと、活性層24の両側面に設けられ活性層24の表面に沿った誘電体層40の長さと、の和W2は、活性層24の厚さT2よりも小さい。このようにすると、活性層24から基板10へ向かう光を低減し、活性層24からその両側面の誘電体層40へ向かう光を相対的に増加させることができる。このため、基板10における光吸収を低減することができる。本実施形態は、基板10における光吸収が大きいInPなどの場合、光出力の低下を抑制することが容易となる。
Claims (7)
- 量子井戸層を含む活性層を有し、リッジ導波路が設けられた積層体であって、前記活性層は前記量子井戸層のサブバンド間光学遷移により12μm以上かつ18μm以下の波長の赤外線レーザ光を放出可能な第1領域と、前記第1領域から注入されたキャリアのエネルギーを緩和可能な第2領域と、が交互に積層されたカスケード構造を有し、前記赤外線レーザ光を前記リッジ導波路が延在する方向に出射可能な積層体と、
前記リッジ導波路と直交する断面において、前記活性層の側面を両側から挟みかつ前記リッジ導波路の表面が露出する開口部が設けられ、前記活性層を構成するいずれの層の屈折率よりも低い屈折率を有し、臭沃化タリウム、臭塩化タリウム、ZnSe、CdTe、NaCl、KCl、KBr、AgBr、AgCl、ダイアモンドのうちのいずれかを含む誘電体層と、
を備え、
前記活性層は、第1の面と、前記第1の面とは反対の側の第2の面と、を有し、
前記活性層の幅は、前記第1の面と前記第2の面とにおいて同一であり、5μm以上かつ20μm以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記断面において、前記活性層の幅と、前記活性層の表面に平行な方向に沿った前記誘電体層の長さと、の和は、前記活性層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ装置。
- 前記誘電体層は、単結晶材料であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体レーザ装置。
- 前記誘電体層の表面を覆うパッシベーション膜と、
前記誘電体層の前記開口部に露出した前記リッジ導波路の前記表面と、前記パッシベーション膜の表面と、を覆う第1電極と、
をさらに備えた請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。 - 前記誘電体層は、KBr、NaCl、KClのうちのいずれかであり、
前記パッシベーション膜は、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜である請求項4記載の半導体レーザ装置。 - 前記活性層は、GaAsを含む量子井戸層とAlxGa1−xAs(0.25≦x0.47≦)を含む障壁層とを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
- 前記活性層は、InyGa1−yAs(0<y<1)およびAlzIn1−zAs(0<z<1)を含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
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